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前言

ASCII字符的点阵显示

获取点阵

描点

main

中文字符的点阵显示

指定编码格式

汉字区位码

汉字点阵显示实验

打开汉字库文件

编写显示汉字的函数

使用 lcd_put_chinese 函数

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前言

        板子为韦东山老师的imx6ull板，要在LCD上实现字符的显示，要先实现我之前的博客Framebuffer应用编程里的描点函数 lcd_put_pixel ，描点函数是屏幕显示的基础，实现了该函数才能进行本篇博客的操作，本文重点讲解字符的显示原理，实际场景中会调用函数就行了。

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ASCII字符的点阵显示

        要在 LCD 中显示一个 ASCII 字符，即英文字母这些字符，首先是要找到字符对应的点阵。在 Linux 内核源码中有这个文件：lib\fonts\font_8x16.c，里面以数组形式保存各个字符的点阵，比如：

数组里的数字是如何表示点阵的？以字符 A 为例：

 

        上图左侧有 16 行数值，每行 1 个字节。每一个节对应右侧一行中 8 个像素：像素从右边数起，bit0 对应第 0 个像素，bit1 对应第 1 个像素，……，bit7 对应第 7 个像素。某位的值为 1 时，表示对应的像素要被点亮；值为 0 时表示对应的像素要熄灭。

        所以要显示某个字符时，根据它的 ASCII 码在 fontdata_8x16 数组中找到它的点阵，然后取出这 16 个字节（这里要强调一下16个字节，在后面从数组里取字符的时候就能理解）去描画 16 行像素。
        比如字符 A 的 ASCII 值是 0x41，那么从 fontdata_8x16[0x41*16] 开始取其点阵数据。
        问：为什么要x16？
        答：每一个字符在数组里占的位置都是16个字节，数组的第一个16字节对应ASCII码为0x00的字符，那么我们要找0x41，就要用编码值乘每个字符占的字节数，这样得到的就是字符'A'在数组中的位置。

        核心函数是 void lcd_put_ascii(int x, int y, unsigned char c)，它在 LCD 的(x,y)位置处显示字符 c，代码如下图所示：

获取点阵

 对于字符 c，char c，它的点阵获取方法如下：

unsigned char *dots = (unsigned char *)&fontdata_8x16[c*16];

描点

        根据“字符 A 的点阵图”，我们分析核心代码 void lcd_put_ascii(int x, int y, unsigned char c) 是如何利用点阵在 LCD 上显示一 个英文字母。

        因为有十六行，所以首先要有一个循环 16 次的大循环，然后每一行里有 8位，那么在每一个大循环里也需要一个循环 8 次的小循环。小循环里的判断单行的描点情况，如果是 1，就填充白色，如果是 0 就填充黑色，如此一来，就可以显示出黑色底，白色轮廓的英文字母。

for (i = 0; i < 16; i++)
{
    byte = dots[i];
    for (b = 7; b >= 0; b--)
    {
        if (byte & (1<<b))
        {
            /* show */
            /* 之前实现的描点函数 */
            lcd_put_pixel(x+7-b, y+i, 0xffffff); /* 白 */
        }
        else
        {
            /* hide */
            lcd_put_pixel(x+7-b, y+i, 0); /* 黑 */
        }
    }
}

main

        main 函数中首先要打开 LCD 设备，获取 Framebuffer 参数，实现 lcd_put_pixel（描点函数） ；然后调用 lcd_put_ascii（绘制ASCII字符函数） 即可绘制字符，代码如下：

int main(int argc, char **argv)
{
	fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
	if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}
	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}

	line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
	fbmem = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
	if (fbmem == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("can't mmap\n");
		return -1;
	}

	/* 清屏: 全部设为黑色 */
	memset(fbmem, 0, screen_size);

	lcd_put_ascii(var.xres/2, var.yres/2, 'A'); /*在屏幕中间显示 8*16 的字母 A*/
	
	munmap(fbmem , screen_size);
	close(fd_fb);
	
	return 0;	
}

        源码就是将描点函数和显示字符函数结合起来，但是字符点阵数组需要自己定义，在lib\fonts\font_8x16.c这个文件中找到数组，由于该数组被定义成静态变量，所以自己粘贴过来就好了。

交叉编译后在板子上运行该程序，如果实验成功就能在屏幕中心显示字符 'A' 。

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中文字符的点阵显示

指定编码格式

        使用点阵字库时，中文字符的显示原理跟 ASCII 字符是一样的。要注意的地方在于中文的编码：在 C 源文件中它的编码方式是 GB2312（ANSI） 还是 UTF-8（UNICODE）？关于字符编码的知识看这篇博客字符的编码方式，编译出的可执行程序，其中的汉字编码方式是 GB2312 还是 UTF-8？

问：为什么要关心C源文件的编码方式还要关心可执行程序的编码方式？

        我们编写 C 程序时，可以使用 ANSI 编码，或是 UTF-8 编码；在编译程序时，可以使用以下的选项告诉编译器：

        如果不指定“-finput-charset”，GCC 就会默认 C 程序的编码方式为 UTF-8，即使你是以 ANSI 格式保存，也会被当作 UTF-8 来对待。 

        对于编译出来的可执行程序，可以指定它里面的字符是以什么方式编码，可以使用以下的选项编译器：

        如果不指定“-fexec-charset”，GCC 就会默认编译出的可执行程序中字符的编码方式为 UTF-8。 

        如果“-finput-charset”与“-fexec-charset”不一样，编译器会进行格式转换。

汉字区位码

        我们从网上搜到 HZK16 这个文件，它是常用汉字的 16*16 点阵字库。HZK16里每个汉字使用 32 字节来描述（可以类比ASCII字符的点阵数组）

        跟 ASCII 字库一样，每个字节中每一位用来表示一个像素，位值等于 1 时表示对应像素被点亮，位值等于 0 时表示对应像素被熄灭。 
        HZK16 中是以 GB2312 编码值来查找点阵的，以“中”字为例，它的编码值是“0xd6 0xd0”，其中的 0xd6 表示“区码”，表示在哪一个区：第“0xd6-0xa1”区（减去0xa1）；其中的 0xd0 表示“位码”，表示它是这个区里的哪一个字符：第“0xd0 -0xa1”个。每一个区有 94 个汉字。区位码从 0xa1 而不是从 0 开始，是为了兼容 ASCII 码。
        所以，我们要显示的“中”字，它的 GB2312 编码是 d6d0，它是 HZK16 里第“(0xd6-0xa1)*94+(0xd0-0xa1)”个字符。（看懂这句话就知道后面的代码是怎么查找想要的中文）

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汉字点阵显示实验

打开汉字库文件

fd_hzk16 = open("HZK16", O_RDONLY);
if (fd_hzk16 < 0)
{
    printf("can't open HZK16\n");
    return -1;
}
if(fstat(fd_hzk16, &hzk_stat))
{
    printf("can't get fstat\n");
    return -1;
}
hzkmem = (unsigned char *)mmap(NULL , hzk_stat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARE
                               D, fd_hzk16, 0);
if (hzkmem == (unsigned char *)-1)
{
    printf("can't mmap for hzk16\n");
    return -1;
}

 open函数打开当前目录的字库文件：HZK16。
 fstat获得文件的状态信息，里面含有文件长度，这在后面的 mmap 中用到。
        fstat 用于获取与文件描述符 fd 关联的文件的状态信息，并将这些信息存储在 buf 指向的struct stat 结构体中。这个结构体包括文件类型、权限、文件大小、设备ID、inode号、硬链接数量等信息。
 使用 mmap 映射文件，以后就可以像访问内存一样读取文件内容；mmap 的返回结果保存在 hzkmem 中，它将作为字库的基地址。

编写显示汉字的函数

        核心函数是 void lcd_put_chinese(int x, int y, unsigned char*str)，它在 LCD 的(x,y)位置处显示汉字字符 str，str[0]中保存区码、str[1]中保存位码。代码如下图所示：

代码分解如下：
 第 4734 行确定该汉字属于哪个区；第 4735 行确实它是该区中哪一个汉字。
 第 4736 行确实它的字库地址：每个区中有 94 个汉字，每个汉字在字库中占据 32 字节。
 看之前的汉字点阵排布的示意图，总共有十六行，因此需要一个循环 16 次的大循环(第 4740         行)。
 考虑到一行有两个字节，在大循环中加入一个 2 次的循环用于区分是哪个字节(第 4741 行)。
 最后使用第 3 个循环来处理一个字节中的 8 位(第 4744 行)。对于每一位，它等于 1 时对应的像     素被设置为白色，它等于 0 时对应的像素被设置为黑色。需要注意的是根据 x、y、i、j、b 来计     算像素坐标。

使用 lcd_put_chinese 函数

unsigned char str[] = "中";
……
printf("chinese code: %02x %02x\n", str[0], str[1]);
lcd_put_chinese(var.xres/2 + 8, var.yres/2, str);

注意：使用上述命令时 show_chinese.c 的编码格式必须是 ANSI(GB2312)，否则编译时需要指定“-fexec-charset=GB2312”。

实验成功可以在屏幕看见白色的“中”字。